Ermittlung von Teilsicherheitsbeiwerten bei Carbonbeton

Die Bemessung von Tragwerken erfolgt nach dem semiprobabilistischen Sicherheitskonzept mit der Trennung von Einwirkungs- und Widerstandsseite. Dabei werden die Teilsicherheitsbeiwerte für Beton und Betonstahl im Wesentlichen aufgrund umfangreicher Erfahrungswerte festgelegt. Somit wird auch ein allgemein akzeptiertes rechnerisches Zuverlässigkeitsniveau erreicht. Entsprechende Erfahrungswerte liegen für neue Bauarten wie dem Carbonbeton nicht vor. Damit ergibt sich für die Festlegung eines Teilsicherheitsbeiwerts ein Zielkonflikt. Einerseits darf er nicht zu gering sein, damit das erforderliche Zuverlässigkeitsniveau erreicht wird, andererseits aber auch nicht zu hoch, um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Der Beitrag entwickelt einen methodisch schlüssigen Ansatz zur Ermittlung von Teilsicherheitsbeiwerten für Bauarten, für die nur geringe Erfahrungswerte hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit vorliegen. Vorausgesetzt wird die Kenntnis der statistischen Eigenschaften der Widerstandsseite des zugrunde liegenden Bemessungsmodells. Zur Bestimmung von Teilsicherheitsbeiwerten wird der semiprobabilistische Widerstandswert in Bezug zum probabilistischen Wert nach der First Order Reliability Method (FORM) gesetzt. Als Maßzahl des Zuverlässigkeitsniveaus wird daraus die sog. Zuverlässigkeitsreserve abgeleitet. Die Zuverlässigkeitsreserven der bewährten Stahlbetonbauweise werden schließlich als Bezugswert für den Teilsicherheitsbeiwert der Carbonbewehrung verwendet. Der Ansatz wird am Beispiel der Biegebemessung mit reiner Carbonbewehrung und gemischter Bewehrung veranschaulicht, ist aber grundsätzlich auch auf andere Bemessungssituationen anwendbar.

Partial factors for carbon concrete
The design of structures is based on the semiprobabilistic safety concept with the separation of action and resistance sides. The determination of partial safety factors for concrete and reinforcing steel is mainly based on extensive experience. Thus, a generally accepted safety level is achieved. Corresponding experience is not available for new construction types such as carbon concrete. This results in a goal conflict for the determination of a partial safety factor. On the one hand, it must not be too low to achieve the required safety level, on the other hand not too high to ensure the economy of the design. The paper develops a methodically coherent approach for the determination of partial safety factors for construction types with few empirical values regarding their reliability. The knowledge of the statistical properties of the resistance side of the underlying design model is required. To determine partial safety factors, the semiprobabilistic resistance value is related to the probabilistic value according to a FORM approach. From this the so-called safety margin is derived as a measure of the safety level. The safety margins achieved with the proven reinforced concrete construction are used as a reference value to determine the partial safety factor for carbon reinforcement. The approach is illustrated using bending design with pure carbon reinforcement and mixed reinforcement, but is basically also applicable to other design situations.